什么是 Semaphore? 计数、二进制类型示例
纳撒尼尔·布鲁克斯
什么是 Semaphore?
Semaphore 只是一个非负且在线程之间共享的变量。信号量是一种信号机制，等待信号量的线程可以由另一个线程发出信号。它使用两个原子操作，1) 等待，和 2) Signal 用于进程同步。
信号量可以允许或禁止访问资源，这取决于如何设置它。
特性的影响 Semaphore
以下是信号旗的特点：
- 它是一种可用于提供任务同步的机制。
- 它是一种低级同步机制。
- Semaphore 将始终保持非负整数值。
- Semaphore 可以使用测试操作和中断来实现，这应该使用文件描述符来执行。
有哪些 Semaphores
两种常见的信号灯类型是：
- 计数信号量
- 二元信号量
计数 Semaphores
这类 Semaphore 使用计数来帮助任务被多次获取或释放。如果初始计数为 0，则计数信号量应创建在不可用状态下。
然而，如果计数 > 0，则信号量在可用状态下创建，并且它拥有的令牌数等于它的计数。
二进制 Semaphores
二元信号量与计数信号量非常相似，但它们的值仅限于 0 和 1。在这种类型的信号量中，等待操作仅在信号量 = 1 时有效，而信号操作在信号量 = 0 时成功。它比计数信号量更容易实现。
示例 Semaphore
下面给出的程序是一个逐步实现，其中涉及信号量的使用和声明。
Shared var mutex: semaphore = 1;
Process i
begin
.
.
P(mutex);
execute CS;
V(mutex);
.
.
End;
等待 Signal Opera在 Semaphores
这两个操作都用于实现 进程同步.这个信号量操作的目的是为了获得互斥。
等待 OperaTION
这种信号量操作可帮助您控制任务进入临界区。但是，如果 wait 的值为正，则 wait 参数 X 的值会减少。如果为负值或零值，则不执行任何操作。它也被称为 P(S) 操作。
信号量值减少至负值后，命令将被暂停，直到满足所需条件为止。
P(S)
{
while (S<=0);
S--;
}
Signal 操作
这类 Semaphore 操作用于控制任务从临界区退出。它有助于将参数的值增加 1，表示为 V(S)。
P(S)
{
while (S>=0);
S++;
}
计数 Semaphore 与二进制 Semaphore
这里，是计数和二进制信号量之间的一些主要区别：
| 计数 Semaphore | 二进制 Semaphore |
| 无互斥 | 相互排斥 |
| 任意整数值 | 值仅 0 和 1 |
| 多个插槽 | 只有一个插槽 |
| 提供一套流程 | 它具有互斥机制。 |
之间的区别 Semaphore 与互斥锁
下表比较了 带互斥锁的信号灯 在多个参数方面：
| 参数 | Semaphore | 互斥 |
| 机制 | 它是一种信号机制。 | 这是一种锁定机制。 |
| 数据类型 | Semaphore 是一个整型变量。 | 互斥锁只是一个对象。 |
| 修改 | 等待和信号操作可以修改信号量。 | 它仅可由可能请求或释放资源的进程修改。 |
| 资源管理 | 如果没有空闲资源，则进程需要资源，并执行等待操作。它应该等待，直到信号量的计数大于 0。 | 如果被锁定，进程必须等待。进程应保存在队列中。仅当互斥锁解锁时才需要访问该队列。 |
| Thread | 您可以有多个程序线程。 | 互斥锁中可以有多个程序线程，但不能同时存在。 |
| 所有权 | 任何释放或获取资源的过程都可以改变该值。 | 对象锁仅由获得该锁的进程释放。 |
| 类型 | 有哪些 Semaphore 正在计数信号量和二进制信号量。 | Mutex 没有子类型。 |
| 操作 | Semaphore 使用wait（）和signal（）操作来修改值。 | 互斥对象被锁定或解锁。 |
| 资源占用 | 如果所有资源都在使用，则信号量被占用，请求资源的进程执行wait（）操作并阻塞自身，直到信号量计数变为>1。 | 如果对象已被锁定，则请求资源的进程将等待，并且会被系统排队，直到锁被释放。 |
的优点 Semaphores
以下是使用的优点/好处 Semaphore:
- 它允许多个线程访问临界区。
- Semaphore与机器无关。
- Semaphore是在微内核的机器独立代码中实现的。
- 它们不允许多个进程进入临界区。
- 由于信号量处于忙等待状态，因此不会浪费进程时间和资源。
- 它们是与机器无关的，应该在微内核的机器无关代码中运行。
- 它们允许灵活地管理资源。
缺点 Semaphores
以下是信号旗的缺点/不足之处：
- 信号量的最大限制之一是优先级反转。
- 操作系统必须保持 track 代表所有等待和信号量调用。
- 它们的使用从未被强制执行，而只是按照惯例。
- 为了避免信号量中的死锁，Wait 和 Signal 操作需要按照正确的顺序执行。
- Semaphore 编程很复杂，因此有可能无法实现互斥。
- 这也不是一种适合大规模使用的实用方法，因为使用它们会导致模块化的丧失。
- Semaphore 更容易出现程序员错误。
- 可能导致 僵局 或由于程序员错误而违反互斥规定。
